Полупроводниковые диоды

Презентация по теме: «Полупроводниковые диоды»

Мы рассмотрим следующие типы диодов:

• выпрямительные диоды на основе p-n перехода
• Тиристоры

История создания и развития диодов

• Развитие диодов началось в третьей четверти XIX века сразу по двум направлениям: в 1873 году британский учёный  Фредерик Гутри  открыл принцип действия термионных (вакуумных ламповых с прямым накалом) диодов, в 1874 году немецкий учёный Карл Фердинанд Браун открыл принцип действия кристаллических (твёрдотельных) диодов.

• Frederick Guthrie  

Полупроводниковый диод – это нелинейный электронный прибор с двумя выводами. В зависимости от внутренней структуры, типа, количества и уровня легирования внутренних элементов диода и вольт-амперной характеристики свойства полупроводниковых диодов бывают различными.

• Применение диодов
• Диоды являются одними из самых распространенных электронных компонентов. Они присутствуют практически во всех электронных приборах, которые мы ежедневно используем – от мобильного телефона до его зарядного устройства. В этой статье рассмотрим основные типы электронных схем, в которых диоды нашли свое применение.
• 1. Нелинейная обработка аналоговых сигналов
• В связи с тем, что диоды относятся к элементам нелинейного типа, они применяются в детекторах, логарифматорах, экстрематорах, преобразователях частоты и в других устройствах, в которых предполагается нелинейная обработка аналоговых сигналов. В таких случаях диоды используют или как основные рабочие приборы – для обеспечения прохождения главного сигнала, или же в качестве косвенных элементов, например в цепях обратной связи. Указанные выше устройства значительно отличаются между собой и используются для разных целей, но применяемые диоды в каждом из них занимают очень важное место.
• 2. Выпрямители
• Устройства, которые используются для получения постоянного тока из переменного называются выпрямителями. В большинстве случаев они включают в себя три главных элемента – это силовой трансформатор, непосредственно выпрямитель (вентиль) и фильтр для сглаживания. Диоды применяют в качестве вентилей, так как по своим свойствам они отлично подходят для этих целей.
• 3. Стабилизаторы
• Устройства, которые служат для реализации стабильности напряжения на выходе источников питания, называются стабилизаторами. Они бывают разных видов, но каждый из них предполагает применение диодов. Эти элементы могут использоваться либо в цепях, отвечающих за опорные напряжения, либо в цепях, которые служат для коммутации накопительной индуктивности.

• 4. Ограничители
• Ограничители – это специальные устройства, используемые для того, чтобы ограничивать возможный диапазон колебания различных сигналов. В цепях такого типа широко применяются диоды, которые имеют прекрасные ограничительные свойства. В сложных устройствах могут использоваться и другие элементы, но большинство ограничителей базируются на самых обычных диодных узлах стандартного типа.
• 5. Устройства коммутации
• Диоды нашли применение и в устройствах коммутации, которые используются для того, чтобы переключать токи или напряжения. Диодные мосты дают возможность размыкать или замыкать цепь, которая служит для передачи сигнала. В работе применяется некоторое управляющее напряжение, под воздействием которого и происходит замыкание или размыкание. Иногда управляющим может быть сам входной сигнал, такое бывает в самых простых устройствах.
• 6.Логические цепи
• В логических цепях диоды применяются для того, чтобы обеспечить прохождение тока в нужном направлении (элементы «И», «ИЛИ»). Подобные цепи используются в схемах аналогового и аналогово-цифрового типа. Здесь перечислены только основные устройства, в которых применяются диоды, но существует и много других, менее распространенных.

Выпрямительный диод на основе p-n перехода

Основу выпрямительного диода составляет обычный электронно дырочный переход, вольт-амперная характеристика такого диода имеет ярко выраженную нелинейность. В прямом смещении ток диода инжекционный, большой по величине и представляет собой диффузионную компоненту тока основных носителей. При обратном смещении ток диода маленький по величине и представляет собой дрейфовую компоненту тока неосновных носителей. В состоянии равновесия суммарный ток, обусловленный диффузионными и дрейфовыми токами электронов и дырок, равен нулю.

Рис. Параметры полупроводникового диода: а) вольт-амперная характеристика; б) конструкция корпуса

ВАХ описывается уравнением   

Выпрямление в диоде

Одним из главных свойств полупроводникового диода на основе p-n перехода является резкая асимметрия вольт-амперной характеристики: высокая проводимость при прямом смещении и низкая при обратном. Это свойство диода используется в выпрямительных диодах. На рисунке приведена схема, иллюстрирующая выпрямление переменного тока в диоде.

- Коэффициент выпрямления идеального диода на основе p-n перехода.

• Тири́стор  —  полупроводниковый прибор , выполненный на основе монокристалла полупроводника  с тремя или более  p-n-переходами  и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.
• Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, а также переключающие устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. Различие по проводимости означает, что бывают тиристоры, проводящие ток в одном направлении (например  тринистор , изображённый на рисунке) и в двух направлениях (например,  симисторы , симметричные динисторы).
• Тиристор имеет нелинейную вольт-амперную характеристику ( ВАХ ) с участком отрицательного дифференциального сопротивления . По сравнению, например, с транзисторными ключами, управление тиристором имеет некоторые особенности. Переход тиристора из одного состояния в другое в электрической цепи происходит скачком (лавинообразно) и осуществляется внешним воздействием на прибор: либо напряжением (током), либо светом (для фототиристора). После перехода тиристора в открытое состояние он остаётся в этом состоянии даже после прекращения управляющего сигнала, если протекающий через тиристор ток превышает некоторую величину, называемую током удержания.

• Классификация
• По проводимости и количеству выводов [2] [3] [4] :
• тиристор диодный (доп. название «динистор») — тиристор, имеющий два вывода:

• тиристор диодный, не проводящий в обратном направлении; тиристор диодный, проводящий в обратном направлении; тиристор диодный симметричный ( англ.   en:DIAC );
• тиристор диодный, не проводящий в обратном направлении;
• тиристор диодный, проводящий в обратном направлении;
• тиристор диодный симметричный ( англ.   en:DIAC );
• тиристор триодный (доп. название «тринистор») — тиристор, имеющий три вывода: тиристор триодный, не проводящий в обратном направлении (доп. название «тиристор»); тиристор триодный, проводящий в обратном направлении (доп. название «тиристор-диод»); тиристор триодный симметричный (иначе, отечественное название — «симистор»,  англ.   en:TRIAC [5] ); тиристор триодный асимметричный; запираемый тиристор (доп. название «тиристор триодный выключаемый»).
• тиристор триодный, не проводящий в обратном направлении (доп. название «тиристор»);
• тиристор триодный, проводящий в обратном направлении (доп. название «тиристор-диод»);
• тиристор триодный симметричный (иначе, отечественное название — «симистор»,  англ.   en:TRIAC [5] );
• тиристор триодный асимметричный;
• запираемый тиристор (доп. название «тиристор триодный выключаемый»).
• Ранее тиристоры в отечественной литературе назывались «управляемыми диодами».